麦秸秆高留茬条件下不同秸秆覆盖量对稻田杂草及水稻产量的影响

付佑胜，刘伟中，张 凯，曹凯歌，赵桂东

(江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏 淮安 223001)

【研究意义】江苏省作为一个经济发达、城市化水平高、人口密度大、农作物复种指数与单位面积产量高、收种季节矛盾十分突出的省份，秸秆产生量大、有效收集时间短，禁烧工作艰巨性更为突出[1]，如何更好的利用好秸秆是当前农业生产上的一个总要难题。农作物秸秆的高效综合利用，不仅有助于提高秸秆利用水平、控制环境污染、保护生态环境，而且可增强耕地地力、优化农田生态系统，其中秸秆直接还田已成为秸秆利用的主要途径之一[2]。其中国内外学者就小麦秸秆还田对水稻生长、产量、品质及土壤肥力等影响的研究结果表明小麦秸秆还田具有提高水稻产量、改善稻米品质、提高土壤肥力、抑制杂草病菌等积极的生态效应[3-4]。有研究表明秸秆还田可通过物理作用和化感作用抑制杂草萌发和生长，降低杂草对作物的竞争[5]。因此利用秸秆还田对杂草的生态抑制探索化学除草剂减量使用具有良好的实用性和可操作性，但秸秆还田条件下能明显改善土壤养分、土壤物理结构和农田小气候, 因此, 将对农田杂草群落产生明显影响[6]。【前人研究进展】农村劳动力的减少使得当前稻田杂草的防除越来越依赖化学除草剂，经常单一使用化学除草药剂必然导致稻田杂草的抗性产生。多年来江苏水稻生产上一直使用苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、二氯喹啉酸、五氟磺草胺、丁草胺等进行杂草防除；其中的苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、五氟磺草胺等均为ALS类抑制剂[7]。据报道(www.weedscience.org, 2018)，截至2018年底抗ALS类的报道超过170例，水稻上就高达51例，其中仅稗草就对10种稻田除草剂产生了抗性,因此开展稻田抗性杂草的治理工作刻不容缓[8]。【本研究切入点】采用合理有效的方法控制水稻田间抗性杂草的种群，随着公众和学术界对农田生态环境的日益关注, 国外已经开始采用保持田间一定数量杂草和维持农田生态系统生物多样性等农艺措施来实现农田休闲期养分保持和系统稳定性提高, 国内也在相关领域开展了大量的研究工作[9]。团队研究发现当小麦秸秆留茬高度在16～20 cm，粉碎长度在8～10 cm条件下还田覆盖，具有固定秸秆漂移，且能最大限度覆盖水稻畦面；由于留茬高度较本地政府要求留茬的6～8 cm要高，称“高留茬”。【拟解决的关键问题】 研究高留茬情况下不同秸秆覆盖量对水稻产量及稻田杂草的影响，明确高留茬田的秸秆覆盖量及其对应的小麦产量。

1 材料与方法

1.1 试验材料

水稻品种：苏秀867，江苏苏乐种业公司生产，市售；小麦：淮麦33,江苏天丰种业公司生产，市售。

1.2 试验设计

试验田位于江苏省淮安市海明高效农业种植合作社(33.49.45.86，119.0.25.84，h=18)。小麦于2016年11月17日播种，采用机器带状条播、播量25 kg，于2017年6月13日收割，小麦产量7500 kg/hm2；水稻采用干籽直播方式，在小麦收割前1 d按照187.5 kg/hm2人工撒播，一共设5个处理，每个处理4次重复，共20个小区，每个小区60 m2，播种前每个小区先用报纸盖好一A3大小区域。小麦收割采用Kubota G 688机器，小麦秸秆留茬高度在16～20 cm，田间小麦秸秆粉粹成长度8～10 cm，小麦收割后在报纸覆盖区域选择A4大小区域撒播100粒性状基本一致的稻种以便调查水稻出苗情况。采用人工将秸秆按照1.00、0.75、0.50、0.25、0 kg/m2均匀撒在各个小区畦面上，每个小区间挖一条宽×高为20 cm×20 cm的沟，以便上水。各处理秸秆覆盖后3 d，上水，待水完全覆盖畦面即可。在水稻1叶1心后开始正常管理，水稻2叶1心后按照667 m2采用(N∶P∶K=15∶15∶15)复合肥25 kg+46 %尿素15 kg人工撒施，水稻分蘖期46 %尿素20 kg/667m2，孕穗期(N∶P∶K=15∶15∶15)复合肥15 kg/667m2；田间不进行杂草防除(含人工拔除)，病虫害防治分别按照本地区常规方法进行，于2017年11月17日收割。

1.3 调查方法

不同秸秆覆盖量对水稻出苗的影响，于上水后的7、15、30、45 d调查A4区域内水稻的出苗情况，计算水稻成苗率，并绘制水稻成苗曲线。

株防效和鲜重防效调查采用定点调查方法，每个小区固定4个1 m×1 m的点，分别于上水后的7、15、30、45 d分别调查杂草发生情况，并记录禾本杂草和阔叶杂草的数量，45 d同时测杂草鲜重，计算鲜重防效；待稗草抽穗后记录田间优势杂草种群。

水稻生长及产量调查，收获前调查各小区单位面积水稻有效穗数、穗粒数并测定千粒重，计算各小区水稻理论产量，并绘制成产量变化趋势图。

1.4 数据分析

数据分析采用Excel和SPSS22.0分析软件，用Duncan’s 新复极差法对平均数进行多重比较，分析高留茬条件下小麦秸秆覆盖还田量与小区水稻产量之间的相关性。

2 结果与分析

2.1 不同秸秆覆盖量对水稻出苗的影响

从高留茬(16～20 cm)不同小麦秸秆覆盖量下水稻出苗情况(表1)看，麦秸秆覆盖为0 kg/m2的处理，45 d内水稻成苗率最高为95 %，较麦秸秆覆盖≥0.50 kg/ m2的3个处理间均存在极显著性差异，较采用麦秸秆覆盖量为0.25 kg/m2处理间也存在显著性差异；田间麦秸秆覆盖量≥0.50 kg/m2，45 d内水稻成苗率均小于90 %。从各时期不同秸秆覆盖区域内水稻出苗的变化情况上看，30 d后各秸秆覆盖区域内的水稻出苗均不再发生变化，至45 d均保持稳定，表明秸秆覆盖对水稻出苗的影响有一定的时效性。

表1 高留茬(16～20 cm)不同小麦秸秆覆盖量下水稻出苗情况

注：大小写字母分别表示P=0.01和0.05，字母不同表示存在显著或极显著性差异，下同。

Note：The upper and lower case letters representP=0.01 and 0.05 respectively. There are significant or extremely significant differences between different letters. The same as below.

从高留茬(16～20 cm)不同小麦秸秆覆盖量下水稻成苗趋势看(图1)，当秸秆覆盖量≤0.25 kg/m2，水稻7～45 d的成苗率均无变化；当秸秆覆盖量≥0.50 kg/m2，随着秸秆覆盖量的增加，除7～15 d水稻成苗率下降外，15 d后所有秸秆覆盖处理的水稻成苗率均无变化；这表明秸秆覆盖量对水稻种子的萌发或水稻幼苗的生长具有一定的抑制作用，秸秆覆盖量的增加影响水稻的出苗量，降低水稻成苗趋势，随时间的延长，该影响逐渐减小并最终消失。

2.2 不同秸秆覆盖量下不同时期杂草的发生情况

麦秸秆高留茬(16～20 cm)下不同秸秆覆盖量不同时间杂草发生情况(表2)看，7和15 d采用秸秆覆盖量≥0.25 kg/m2的4个处理，稗草和阔叶草的数量均为0；30 d秸秆覆盖量为0.25和0.50 kg/m2的处理区稗草开始出现；随着时间的增加，所有秸秆覆盖区域内稗草的发生量均增加，至45 d所有秸秆覆盖≥0.25 kg/m2的4个处理，稗草均已出现；秸秆覆盖量为≥0.75 kg/m2的2个处理在45 d内均无阔叶草出现，而秸秆覆盖量为≤0.50 kg/m2的3个处理均有阔叶草出现，且随着田间秸秆覆盖量的减少，阔叶草的发生量明显增加，其中采用秸秆高留茬不覆盖(0 kg/m2)的处理45 d单位面积阔叶草数量最大为9.5株/m2。

采用秸秆高留茬(16～20 cm)不同秸秆覆盖量对稻田杂草的防效(表3)来看，各处理45 d对稗草的株防效随秸秆覆盖量的增加而增加，其中秸秆覆盖量1.00 kg/m2处理效果最佳，为93.54 %较覆盖量≤0.5 kg/m2的2个处理间存在极显著性差异；采用秸秆覆盖≥0.75 kg/m2处理对阔叶草防效为100 %，较采用秸秆覆盖≤0.5 kg/m2的2个处理间存在极显著性差异；从45 d鲜重防效来看，采用秸秆覆盖≥0.75 kg/m22个处理机手采用秸秆覆盖≤0.5 kg/m2的2个处理间仅对稗草的防效上存在极显著性差异，对阔叶草的防效上并无显著性差异，仅对覆盖量为0.25 kg/m2的处理间存在显著性差异。

图1 高留茬(16～20 cm)不同小麦秸秆覆盖量下水稻成苗趋势Fig.1 Variation of rice seedling emergence under different wheat straw mulching with high stubble

表2 高留茬(16～20 cm)不同小麦秸秆覆盖量稻田杂草发生量(上水后)

表3 高留茬(16～20 cm)不同小麦秸秆覆盖量对稻田杂草防效(45 d)

从秸秆高留茬(16～20 cm)不同秸秆覆盖量各小区内杂草种群的调查结果(表4)看，秸秆高留茬覆盖区域出现的杂草种群和没有秸秆覆盖区域的杂草种群也略有不同，其中秸秆高留茬覆盖量≥0.25 kg/m2的区域以硬稃稗(EchinochloaglabrescensMunro ex Hook f.)和西来稗(Echinochloacrusgallivar.zelayensis)为主，秸秆高留茬不覆盖区域稗(Echinochloacrusgalli(L.)Beauv)、西来稗(Echinochloacrusgallivar.zelayensis)和硬稃稗均有出现；对阔叶草种群的调查鉴定看，高留茬秸秆覆盖区域内的阔叶草主要为耳叶水苋(AmnunniaarenariaA.B.K)，而没有秸秆覆盖区域丁香蓼(LudwigiaprostrataRoxb)、水苋菜(AmmanniacoccineaRottb)和多花水苋(AmmanniamultifloraRoxb)为主，且随着秸秆覆盖量的减少，丁香蓼的发生比例明显在增加。

2.3 不同秸秆覆盖量下水稻产量变化

从高留茬(16～20 cm)条件不同秸秆覆盖量水稻产量情况(表5)看，秸秆覆盖量为0.25 kg/m2处理水稻产量最高，秸秆覆盖量为1 kg/m2处理水稻产量最低，较其他各个处理间水稻产量均存在极显著性差异。从各处理区水稻的千粒重来看，秸秆覆盖后水稻千粒重明显增加，这可能与秸秆腐烂后土壤养分的增加、植物的光合作用等有关。

表4 高留茬(16～20 cm)不同小麦秸秆覆盖量稻田杂草种群比例 (稗草抽穗后)

表5 高留茬(16～20 cm)不同小麦秸秆覆盖量下稻田产量

图2 高留茬(16～20 cm)下不同小麦秸秆覆盖量下水稻产量变化趋势Fig.2 Variation trend of rice yield under different wheat straw mulching with high stubble

从高留茬下不同小麦秸秆覆盖量下水稻产量变化趋势(图2)看，秸秆覆盖量在0～0.25 kg/m2之间，随着秸秆覆盖量增加，水稻产量明显增加；当秸秆覆盖量在>0.25 kg/m2并<1.00 kg/m2，随秸秆覆盖量的增加，水稻产量明显下降，至秸秆覆盖量为1.00 kg/m2，水稻产量趋势上处于稳定。

3 结论与讨论

本实验表明在高留茬(16～20 cm)情况下田间秸秆覆盖量在一定范围内(≤0.5 kg/m2)对水稻出苗具有较小的影响，但随着秸秆覆盖量增加(>0.5 kg/m2)，水稻出苗明显下降。这一方面与秸秆覆盖对光的影响有关，另一方面小麦秸秆具有较强的化感作用[10-12],小麦秸秆浸提液及小麦秸秆腐解液对种子萌发后幼苗的生长有很大影响[13]，而酚酸类物质是麦秸秆中起主要作用的化感物质[14]；在秸秆还田情况下，秸秆腐解过程中酚酸种类下降，水杨酸含量会不断上升[15-17]，较高浓度的水杨酸也会抑制种子的萌发，随温度(15～30 ℃)的增加，抑制水稻种子萌发的水杨酸的浓度也会下降[18-19]，本实验在6月中旬到7月下旬进行，日均温度在以及秸秆腐解与前述研究条件完全吻合，可以推断秸秆腐解过程中水杨酸浓度的变化是影响秸秆高留茬田水稻种子萌发的主要因素之一。

国内相关研究表明水稻秸秆全量覆盖还田较秸秆不还田以及玉米秸秆还田量为一定条件下对千金子、稗草等均具有较好的控制效果[20-22]。本实验研究也表明在高留茬(16～20 cm)情况下，随着秸秆覆盖量的增加，对田间杂草的抑制作用也明显增强，但随着水稻生长，农事操作(排灌、撒肥等)，田间秸秆逐渐腐烂，30 d后对杂草的抑制作用明显下降，45 d后各个处理均有杂草萌发；这也可能与田间秸秆覆盖的均匀度，土地平整等因素有一定的相关。同时本实验也发现在秸秆高留茬(16～20 cm)情况下，秸秆覆盖量对水稻田间稗草种群和阔叶杂草种群也有一定的影响，西来稗和硬稃稗为本地区抗性稗草优势种群[23]，从稗草发生量和稗草发生比例来看，秸秆覆盖对稗草尤其是抗性稗草的防控具有较好效果，但这是否与秸秆腐解物或浸出物[24-25]对水稻的化感作用还是田间种子库等还需进一步研究。

本实验研究表明秸秆高留茬(16～20 cm)情况下一定的秸秆覆盖量能提高水稻千粒重，提高水稻产量；但秸秆覆盖量过大，水稻的千粒重和水稻产量均会下降，这是否与秸秆覆盖产生的酚酸以及秸秆降解后土壤有机质含量等的变化从而对水稻早期生长以及中后期营养的积累有关也尚需进一步研究。

根据相关资料按照小麦秸秆/小麦产量理论值约为1.075倍[26]，按照高留茬(16～20 cm)覆盖，秸秆覆盖量约为小麦理论产量的0.7倍左右，根据本试验看，综合产量、杂草防控以及水稻出苗率表明高留茬条件下秸秆覆盖量在0.25～0.50 kg/ m2处理最佳，对应小麦产量在221～443 kg/667m2秸秆覆盖最佳。根据淮安(2013-2017)小麦平均产量368.3～389.0 kg/667m2[27],本实验表明在淮安区域内采用秸秆高留茬(16～20 cm)，按照粉碎成8～10 cm的秸秆全量还田不仅可有效控制稻田杂草，还具有明显的增产作用，适合在本地区推广使用。